KR100400048B1 - Ferroelectric memory device - Google Patents

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KR100400048B1 KR10-2000-0051815A KR20000051815A KR100400048B1 KR 100400048 B1 KR100400048 B1 KR 100400048B1 KR 20000051815 A KR20000051815 A KR 20000051815A KR 100400048 B1 KR100400048 B1 KR 100400048B1
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엔이씨 일렉트로닉스 코포레이션
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Abstract

본 발명은 강유전체의 반복 판독/기록 횟수를 향상시키고, 높은 신뢰성을 갖는 비휘발성 강유전체 메모리 장치를 제공한다.The present invention provides a nonvolatile ferroelectric memory device which improves the number of repetitive reads / writes of a ferroelectric and has high reliability.

외부로부터 공급되는 전원전압 (Vdd) 보다도 낮고, 강유전체의 피로 내성이나 임프린트 내성이 향상되고, 또한 강유전체의 내전압보다도 높은 전압 (Vint) 을 발생하는 강압전원회로를 구비하고, Vint 를 강유전체 용량에 인가하기 위해 센스 증폭기나 전압공급회로의 전원전압을 Vint 로 하고, 그 외의 주변회로의 전원전압은 Vdd 로 하고, 강유전체에 인가되는 전압이 클수록 피로나 임프린트 등에 의한 강유전체 특성의 열화가 증대되므로, 이상과 같은 구성으로 함으로써 신호전압감소의 영향을 최소로 하여 반복동작 횟수를 향상시킬 수 있고, 종래의 강유전체 메모리 장치보다도 판독/기록의 신뢰성을 대폭적으로 개선할 수 있다.Equipped with a step-down power supply circuit which is lower than the power supply voltage Vdd supplied from the outside, improves the fatigue resistance and imprint resistance of the ferroelectric, and generates a voltage Vint higher than the withstand voltage of the ferroelectric, and applies Vint to the ferroelectric capacitance. The power supply voltage of the sense amplifier and the voltage supply circuit is set to Vint, the power supply voltage of the other peripheral circuits is set to Vdd, and as the voltage applied to the ferroelectric increases, deterioration of the ferroelectric characteristics due to fatigue or imprint increases. With this configuration, the number of repetitive operations can be improved by minimizing the influence of the signal voltage reduction, and the read / write reliability can be significantly improved compared with the conventional ferroelectric memory device.

Description

강유전체 메모리 장치{FERROELECTRIC MEMORY DEVICE}Ferroelectric memory device {FERROELECTRIC MEMORY DEVICE}

본 발명은 비휘발성 반도체 메모리에 관한 것으로, 특히 강유전체 재료를 사용한 강유전체 메모리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to nonvolatile semiconductor memories, and more particularly to ferroelectric memory devices using ferroelectric materials.

강유전체 재료로 이루어지는 커패시터 (「강유전체 커패시터」이라고 함) 는 인가전압과 분극 사이에 히스테리시스 특성을 갖는다. 이 때문에, 메모리 셀에 강유전체 커패시터를 사용한 강유전체 메모리 장치는 강유전체 커패시터에 전압을 인가하여 데이터를 기록한 후, 인가전압을 0 V 로 해도 잔류분극에 의해 데이터를 유지할 수 있다. 따라서, 이 특성을 이용하여 비휘발성 강유전체 메모리 장치를 구성할 수 있다.A capacitor made of a ferroelectric material (called a "ferroelectric capacitor") has hysteresis characteristics between the applied voltage and the polarization. For this reason, a ferroelectric memory device using a ferroelectric capacitor as a memory cell can write data by applying a voltage to the ferroelectric capacitor, and then retain the data by residual polarization even when the applied voltage is 0V. Therefore, this characteristic can be used to construct a nonvolatile ferroelectric memory device.

강유전체 메모리 장치에서는 판독시, 강유전체 커패시터에 전압을 인가함으로써 메모리 셀 기억 데이터의 0/1 에 따른 비트선 전위를 발생시키고, 센스 증폭기에 의해 분극방향에 따라 발생하는 비트선 전위차를 판독함으로써 기억 데이터의 0/1 이 판독된다. 이러한 구성에 의해 바른 판독동작을 행하기 위해서는 0 판독 비트선 전위와 1 판독 비트선 전위의 차를 충분히 크게 하는 것이 중요하게 된다.In a ferroelectric memory device, when reading, a bit line potential corresponding to 0/1 of the memory cell stored data is generated by applying a voltage to the ferroelectric capacitor, and the bit line potential difference generated along the polarization direction by the sense amplifier is read out. 0/1 is read. In order to perform the correct read operation by such a configuration, it is important to make the difference between the zero read bit line potential and the one read bit line potential large enough.

또, 판독동작의 안정화를 위해서는 기록시의 인가전압을 강유전체의 분극이 충분히 반전하는 전압으로 설계하는 것도 중요하다.In addition, in order to stabilize the read operation, it is also important to design the voltage applied during writing to a voltage at which the polarization of the ferroelectric is sufficiently reversed.

종래의 강유전체 메모리 장치로서, 특히 저전압 동작시에 있어서, 충분한 0/1 의 판독 비트선 전위차를 확보하기 위해 판독시에 강유전체에 충분한 전압을 인가하도록 제어하는 방법이 예컨대 일본 공개특허공보 평9-7376 호 등에 제안되어 있다. 이 종류의 종래의 제어방법 및 그 구성에 대하여 도 8 내지 도 10 을 참조하여 이하에 설명한다.A conventional ferroelectric memory device, particularly in a low voltage operation, is a method of controlling to apply a sufficient voltage to the ferroelectric at the time of reading in order to ensure a sufficient 0/1 read bit line potential difference, for example in Japanese Patent Laid-Open No. 9-7376. It is proposed to call. A conventional control method of this type and its configuration will be described below with reference to FIGS. 8 to 10.

이 종래의 제어방법에서는 안정된 판독을 행하기 위해 비트선의 프리차지 전위를 센스 증폭기나 주변회로의 동작전원전위보다도 높은 전위로 하는 것이다.In this conventional control method, the precharge potential of the bit line is set to be higher than the operating power source potential of the sense amplifier or the peripheral circuit in order to perform stable reading.

한편, 비트선 프리차지 전위를 승압하지 않은 구성에서는 판독시의 강유전체 커패시터로의 인가전압은 강유전체 커패시터와 비트선 기생 커패시터의 전하 재배분이 되고, 이 때문에 기록시의 인가전압에 비교하여 작아지며, 그 결과, 안정된 판독동작을 할 수 없게 된다.On the other hand, in a configuration in which the bit line precharge potential is not boosted, the voltage applied to the ferroelectric capacitor during reading becomes a charge redistribution between the ferroelectric capacitor and the bit line parasitic capacitor, and thus becomes smaller than the applied voltage at the time of writing. As a result, stable reading operation cannot be performed.

그래서, 일본 공개특허공보 평9-7376 호에 개시되어 있는 강유전체 메모리 장치는 판독시의 프리차지 전위를 크게 하고, 판독시에 강유전체 커패시터에 인가되는 전압을 기록시에 인가되는 전압과 동일하게 함으로써, 안정된 판독동작을 실현하고자 하는 것이다.Therefore, in the ferroelectric memory device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-7376, the precharge potential at the time of reading is increased, and the voltage applied to the ferroelectric capacitor at the time of reading is equal to the voltage applied at the time of writing. This is to realize stable reading operation.

도 8 은 이 종래의 강유전체 메모리 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 도 8 을 참조하면, 주변회로 (802) 의 소비전력을 저감시키기 위해 강압전원회로 (804) 를 구비하고 있으며, 회로로의 공급전원은 외부로부터 부여되는 외부전원 (Vhp) 을 강압한 강압전원 (Vcc) 으로 하고 있다.Fig. 8 shows the structure of this conventional ferroelectric memory device. Referring to FIG. 8, a step-down power supply circuit 804 is provided to reduce power consumption of the peripheral circuit 802, and the power supply to the circuit is a step-down power supply that step-downs an external power supply Vhp supplied from the outside. Vcc).

한편, 비트선 (BL0, BL1) 은 강압전원전압 (Vcc) 보다도 높은 전압, 예컨대 외부로부터 부여되는 외부전원전위 (Vhp) 로 프리차지된다. 즉, 외부전원 (Vhp) 은 프리차지회로 (803) 에 공급되어 있다.On the other hand, the bit lines BL0 and BL1 are precharged with a voltage higher than the step-down power supply voltage Vcc, for example, the external power supply potential Vhp applied from the outside. That is, the external power supply Vhp is supplied to the precharge circuit 803.

도 9 는 종래의 강유전체 메모리 장치의 비트선계 회로의 구성을 나타내는 도면이다. 메모리 셀 (MC1) 은 2 개의 강유전체 커패시터 (FC11, FC12) 와, 2 개의 셀 트랜지스터 (TC11, TC12) 로 이루어진다. 강유전체 커패시터 (FC11, FC12) 의 일단은 플레이트선 (PL1) 에 공통 접속되고, 강유전체 커패시터 (FC11) 의 타단은 셀 트랜지스터 (TC11) 의 소스에 접속되고, 강유전체 커패시터 (FC12) 의 타단은 셀 트랜지스터 (TC12) 의 소스에 접속되어 있다. 셀 트랜지스터 (TC11, TC12) 의 게이트는 워드선 (WL1) 과 공통 접속되고, 셀 트랜지스터 (TC11) 의 드레인은 비트선 (BL0) 과 접속되고, 셀 트랜지스터 (TC12) 의 드레인은 비트선 (BL1) 과 접속되어 있다. 메모리 셀 (MC1) 이외의 다른 메모리 셀 (MC2) 도 MC1 과 동일한 회로구성으로 되어 있으며, 구조 및 소자 사이즈도 동일하다.9 is a diagram showing the configuration of a bit line circuit of a conventional ferroelectric memory device. The memory cell MC1 is composed of two ferroelectric capacitors FC11 and FC12 and two cell transistors TC11 and TC12. One end of the ferroelectric capacitors FC11 and FC12 is commonly connected to the plate line PL1, the other end of the ferroelectric capacitor FC11 is connected to the source of the cell transistor TC11, and the other end of the ferroelectric capacitor FC12 is a cell transistor ( TC12) is connected to the source. The gates of the cell transistors TC11 and TC12 are commonly connected to the word line WL1, the drain of the cell transistor TC11 is connected to the bit line BL0, and the drain of the cell transistor TC12 is the bit line BL1. Is connected to. The memory cells MC2 other than the memory cells MC1 also have the same circuit configuration as the MC1, and have the same structure and element size.

이 회로구성에 있어서, 플레이트선 (PL1) 은 그 전위가 강압전원전압 (Vcc) 의 1/2 즉 Vcc/2 로 고정되어 있다.In this circuit configuration, the potential of the plate line PL1 is fixed at 1/2 of the step-down power supply voltage Vcc, that is, Vcc / 2.

센스 증폭기 (SA) (801) 는 센스 증폭기 활성화 신호 (SAP, SAN) 사이에 접속된 P 채널 MOS 트랜지스터 (PM1), N 채널 MOS 트랜지스터 (NM1) 로 이루어지는 제 1 인버터와, P 채널 MOS 트랜지스터 (PM2), N 채널 MOS 트랜지스터 (NM2) 로 이루어지는 제 2 인버터의 입력단과 출력단이 교차 접속된 래치형 센스 증폭기로 구성되고, 제 1 인버터의 출력단과 제 2 인버터의 입력단은 비트선 (BL0) 에 접속되며, 제 1 인버터의 입력단과 제 2 인버터의 출력단은 비트선 (BL1) 에 접속되어 있다.The sense amplifier (SA) 801 is a first inverter consisting of a P-channel MOS transistor PM1 and an N-channel MOS transistor NM1 connected between sense amplifier activation signals SAP and SAN, and a P-channel MOS transistor PM2. ), And a latch type sense amplifier having an input terminal and an output terminal of a second inverter composed of an N-channel MOS transistor NM2 cross-connected, and an output terminal of the first inverter and an input terminal of the second inverter are connected to a bit line BL0. The input terminal of the first inverter and the output terminal of the second inverter are connected to the bit line BL1.

또 프리차지신호 (PBL) 를 게이트에 입력으로 하고, 비트선 (BL0, BL1) 과, 전원 (Vhp) 사이에 접속되어 있는 P 채널 MOS 트랜지스터 (PM3, PM4) 는 온(on)시에 비트선을 전위 (Vhp) 에 프리차지하는 프리차지회로 (803) 이다.The precharge signal PBL is input to the gate, and the P-channel MOS transistors PM3 and PM4 connected between the bit lines BL0 and BL1 and the power supply Vhp are turned on when the bit lines are turned on. Is a precharge circuit 803 which precharges to the potential Vhp.

그리고 센스 증폭기 (SA) (801) 의 출력단은 칼럼선택신호 (YSW) 로 온ㆍ오프 제어되는 칼럼스위치 (Y0, Y1) 를 통해 I/O 선 (IO0, IO1) 에 각각 접속되어 있다.The output terminal of the sense amplifier (SA) 801 is connected to the I / O lines IO0 and IO1, respectively, via column switches Y0 and Y1 controlled on and off by the column select signal YSW.

도 10 은 도 9 에 나타낸 회로의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 워드선 (WL1), 플레이트선 (PL1), 프리차지신호 (PBL), 비트선 (BL0, BL1), 센스 증폭기 활성화 신호 (SAN, SAP) 의 각 신호파형을 나타내는 도면이다. 판독시, 워드선 (WL1) 이 High 레벨이 되면, 강유전체 커패시터에는 비트선 기생 커패시턴스 (CB0, CB1) 와 강유전체 커패시턴스의 비(比)로 결정되는 전압이 인가되어 데이터가 판독된다.FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG. 9, and includes word lines WL1, plate lines PL1, precharge signals PBL, bit lines BL0, BL1, sense amplifier activation signals SAN. , SAP). At the time of reading, when the word line WL1 is at the high level, a voltage determined by the ratio of the bit line parasitic capacitances CB0 and CB1 and the ferroelectric capacitance is applied to the ferroelectric capacitor to read the data.

재기록에서는 플레이트선 (PL1) 의 전위가 Vcc/2 이기 때문에, 강유전체 커패시터의 단자 사이에는 Vcc/2 의 전압이 인가된다.In rewriting, since the potential of the plate line PL1 is Vcc / 2, a voltage of Vcc / 2 is applied between the terminals of the ferroelectric capacitor.

이 종래의 구성에 의하면, 비트선의 프리차지 전압을 Vhp 로 하여, 주변회로 (802) 의 동작전압 (Vcc) 보다도 높게 함으로써 판독시에 강유전체 커패시터에 인가되는 전압과, 기록시의 인가전압을 동일하게 할 수 있으므로, 안정된 판독동작을 실현할 수 있다.According to this conventional configuration, the precharge voltage of the bit line is set to Vhp and higher than the operating voltage Vcc of the peripheral circuit 802 so that the voltage applied to the ferroelectric capacitor at the time of reading and the applied voltage at the time of writing are the same. As a result, stable reading operation can be realized.

또, 판독시에 플레이트선을 Vcc 또는 접지전위로 하여 판독을 행하는 경우에는 강유전체로의 인가전압이 충분하므로, 비트선의 프리차지 전위를 승압할 필요는 없으며, 접지전위 또는 Vcc 레벨이면 된다.When reading with the plate line at Vcc or ground potential at the time of reading, the voltage applied to the ferroelectric is sufficient, so it is not necessary to boost the precharge potential of the bit line, but may be at the ground potential or Vcc level.

도 5 에 강유전체의 히스테리시스 특성을 나타낸다. 도 5 에서, 횡축은 전압, 종축은 분극 (전하 Q) 이다. 히스테리시스 특성은 메모리 셀로의 액세스 횟수에 의존한 강유전체막의 피로나 임프린트(imprint), 또한 데이터의 유지시간의 증가에 따라 열화된다. 즉, 히스테리시스 루프의 반전이 반복 행해진 메모리 셀의 강유전체막은 피로에 의해 히스테리시스 루프의 감소가 일어난다.5 shows the hysteresis characteristics of the ferroelectric. In Fig. 5, the horizontal axis represents voltage, and the vertical axis represents polarization (charge Q). The hysteresis characteristic deteriorates with fatigue of the ferroelectric film, imprint depending on the number of times of access to the memory cell, and increase of data retention time. That is, in the ferroelectric film of the memory cell in which the inversion of the hysteresis loop is repeatedly performed, the hysteresis loop decreases due to fatigue.

도 6 은 이 강유전체막 피로현상에 의해 강유전체 커패시터의 반복 액세스 횟수의 증가가 판독 비트선 전위에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 즉, 분극 반전을 수반하는 "1" 판독에서는 판독동작 횟수의 증가에 따라 판독 비트선 전위는 감소한다. 한편, 분극 비반전동작의 "0" 판독은 판독동작 횟수에 그다지 의존하지 않으며, 판독 비트선 전위는 거의 일정해진다.Fig. 6 shows the effect of increasing the number of repeated accesses of the ferroelectric capacitor on the read bit line potential due to this ferroelectric film fatigue phenomenon. That is, in the " 1 " read involving polarization inversion, the read bit line potential decreases with the increase in the number of read operations. On the other hand, the " 0 " reading of the polarization non-inverting operation does not depend so much on the number of read operations, and the read bit line potential becomes almost constant.

그리고, 도 8 내지 도 10 을 참조하여 설명한 일본 공개특허공보 평9-7376 호에 개시된 강유전체 메모리 장치는 하기에 기재된 문제점을 갖고 있다.The ferroelectric memory device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-7376 described with reference to FIGS. 8 to 10 has a problem described below.

제 1 문제점은 강유전체 커패시터를 갖는 메모리 셀의 반복동작 횟수를 감소시킨다는 것이다.The first problem is that the number of repetitive operations of a memory cell having a ferroelectric capacitor is reduced.

이것은 메모리 셀의 강유전체막의 피로나 임프린트라는 특유의 특성열화가 인가전압에 의존하는 것을 고려하지 않은 것이 원인이다.This is because the fatigue of the ferroelectric film of the memory cell and the characteristic deterioration such as imprint are not considered depending on the applied voltage.

일반적으로, 판독/기록의 사이클에 있어서, 강유전체에 인가되는 전압이 최대가 되는 것은 기록시이다. 즉, 기록시의 인가전압이 강유전체 커패시터의 반복동작 횟수를 결정한다. 또, 후술하는 바와 같이, 인가전압을 내리면, 반복동작 횟수는 증가하는데, 인가전압이 강유전체의 내전압 이하가 되면, 바른 기록을 할 수 없게 된다.In general, in the read / write cycle, it is at the time of writing that the voltage applied to the ferroelectric becomes maximum. In other words, the applied voltage at the time of writing determines the number of repetitive operations of the ferroelectric capacitor. As will be described later, when the applied voltage is lowered, the number of repetitive operations increases. However, when the applied voltage is less than the withstand voltage of the ferroelectric, correct recording cannot be performed.

따라서, 판독시에 비트선 프리차지 전위를 승압한다는 이 종래의 강유전체 메모리 장치에서는 비트선의 프리차지 전위 (Vhp) 는 최소의 기록전위보다도 항상 높고, 그 이하로는 할 수 없다.Therefore, in this conventional ferroelectric memory device which boosts the bit line precharge potential at the time of reading, the precharge potential Vhp of the bit line is always higher than the minimum write potential and cannot be less than that.

또, 판독시에 기록시와 동일한 전압이 강유전체에 인가되므로, 피로나 임프린트 등에 의해 반복동작 횟수가 보다 적어진다.In addition, since the same voltage is applied to the ferroelectric at the time of reading, the number of repetitive operations is smaller due to fatigue, imprint, or the like.

또한, 비트선 프리차지 전위를 승압할 필요성으로부터, 강압전원회로에 의한 내부소비전력 저감의 효과는 적다.Further, since the need to step up the bit line precharge potential, the effect of reducing the internal power consumption by the step-down power supply circuit is small.

또, 제 2 문제점은 강유전체 커패시터특성에 대하여 비트선 커패시터를 최적화하고 있지 않다는 것이다.The second problem is that the bit line capacitors are not optimized for ferroelectric capacitor characteristics.

이것은 비트선의 신호전압이 강유전체 커패시터와 비트선 커패시터의 관계로 결정되는 것을 고려하고 있지 않은 것이 원인이다. 즉, 비트선 프리차지 전위를 승압하지 않아도 비트선에 접속하는 메모리 셀수에 의해 최적의 비트선 커패시터를 선택하면 충분한 신호전압을 얻을 수 있다.This is because the signal voltage of the bit line is not considered to be determined by the relation between the ferroelectric capacitor and the bit line capacitor. In other words, even if the bit line precharge potential is not boosted, a sufficient signal voltage can be obtained by selecting an optimal bit line capacitor based on the number of memory cells connected to the bit line.

따라서, 피로나 임프린트 등의 강유전체 특유의 특성열화를 고려한 안정동작의 관점으로부터는 이 종래의 방식은 안정된 판독동작의 효과를 기대할 수 없고, 오히려 프리차지 전위를 올림으로써 강유전체의 특성열화를 조장하며, 신뢰성의 저하를 초래하게 된다.Therefore, from the viewpoint of the stable operation considering the characteristic deterioration characteristic of the ferroelectric such as fatigue or imprint, this conventional method cannot expect the effect of the stable reading operation, but rather promotes the deterioration of the characteristics of the ferroelectric by raising the precharge potential. It causes a decrease in reliability.

따라서, 본 발명은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 강유전체를 사용한 반도체 메모리에 있어서, 강유전체 커패시터의 반복동작 횟수에 관한 제 1, 제 2 문제점을 해결하고, 신뢰성이 높은 판독회로를 구비한 강유전체 메모리 장치를 제공하는 것에 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the problems, and an object thereof is to solve a first and second problems relating to the number of repetitive operations of a ferroelectric capacitor in a semiconductor memory using a ferroelectric, and to provide a ferroelectric having a highly reliable readout circuit. It is to provide a memory device.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예의 구성을 나타내는 블록도.1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예의 회로도.2 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.

도 3 은 본 발명의 제 1 실시예의 동작 타이밍을 나타내는 신호파형도.Fig. 3 is a signal waveform diagram showing operation timing of the first embodiment of the present invention.

도 4 는 본 발명의 제 2 실시예의 구성을 나타내는 블록도.4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention;

도 5 는 강유전체의 히스테리시스 특성을 나타내는 그래프.5 is a graph showing the hysteresis characteristics of the ferroelectric.

도 6 은 반복동작 횟수에 대한 비트선 판독전압의 변화를 나타내는 그래프.6 is a graph showing a change in the bit line read voltage with respect to the number of repetitive operations.

도 7 은 반복동작 횟수에 대한 신호전압의 변화를 나타내는 그래프.7 is a graph showing changes in signal voltage with respect to the number of repetitive operations.

도 8 은 종래의 강유전체 메모리 장치를 나타내는 블록도.8 is a block diagram showing a conventional ferroelectric memory device.

도 9 는 종래의 강유전체 메모리 장치의 회로도.9 is a circuit diagram of a conventional ferroelectric memory device.

도 10 은 종래의 강유전체 메모리 장치의 동작 타이밍을 나타내는 신호파형도.Fig. 10 is a signal waveform diagram showing operation timing of a conventional ferroelectric memory device.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

SA : 센스 증폭기 BL0, BL1 : 비트선SA: sense amplifier BL0, BL1: bit line

WL1, WL2 : 워드선 PL1, PL2 : 플레이트선WL1, WL2: Word line PL1, PL2: Plate line

PBL : 프리차지신호 MC1, MC2 : 메모리 셀PBL: precharge signal MC1, MC2: memory cell

FC11, FC12 : 강유전체 커패시터 TC11, TC12 : 셀 트랜지스터FC11, FC12: ferroelectric capacitor TC11, TC12: cell transistor

CB0, CB1 : 비트선 기생용량 100, 200, 800 : 강유전체 메모리 장치CB0, CB1: Bit line parasitic capacitance 100, 200, 800: Ferroelectric memory device

101, 201 : 메모리 셀 어레이ㆍ센스 증폭기ㆍ전압공급회로101, 201: memory cell array, sense amplifier, voltage supply circuit

102, 202 : 주변회로 103, 203 : 강압전원회로102, 202: peripheral circuit 103, 203: step-down power circuit

104 : 센스 증폭기 (SA) 105 : 프리차지회로104: sense amplifier (SA) 105: precharge circuit

106 : 전원공급회로 107 : 워드선 구동회로 (WLD)106: power supply circuit 107: word line driver circuit (WLD)

108 : 플레이트선 구동회로 (PLD) 109 : 센스 증폭기 구동회로 (SAD)108: plate line driving circuit (PLD) 109: sense amplifier driving circuit (SAD)

801 : 센스 증폭기 802 : 주변회로801: sense amplifier 802: peripheral circuit

803 : 프리차지회로 804 : 강압전원회로803: precharge circuit 804: step-down power circuit

목적을 달성하기 위해, 본 발명의 강유전체 메모리 장치는 서로 대향하는 제 1 및 제 2 커패시터전극 사이에 강유전체막을 끼움으로써 형성되며 강유전체의 분극상태에 의해 정보를 기억하는 커패시터와, 소스, 드레인 중 일측을 커패시터의 일측의 커패시터전극과 접속하는 트랜지스터로 구성되는 메모리 셀이 행방향, 열방향으로 복수 배치되고, 이들 복수의 메모리 셀의 행 각각에 대응하여 배치되고, 또한 대응하는 행의 각 메모리 셀의 트랜지스터의 게이트와 접속하는 복수의 워드선, 및 복수의 메모리 셀의 커패시터의 타측의 커패시터전극과 접속하는 플레이트선, 복수의 메모리 셀의 열 각각에 대응하여 배치되고, 또한 대응하는 열의 각 메모리 셀의 트랜지스터의 소스, 드레인 중의 타측과 접속하는 복수의 비트선을 포함하는 메모리 셀 어레이와, 메모리 셀 어레이에 전위를 공급하는 전압공급회로와, 비트선과 접속하는 복수의 센스 증폭기를 갖는 강유전체 메모리 장치에 있어서, 외부로부터 공급되는 제 1 공급전위로부터 제 1 공급전위보다도 낮은 제 2 공급전위를 발생하는 수단을 가지며, 커패시터의 제 1 및 제 2 커패시터전극에 제 2 공급전위 및 접지전위를 공급하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치를 제공한다.In order to achieve the object, the ferroelectric memory device of the present invention is formed by sandwiching a ferroelectric film between first and second capacitor electrodes facing each other, and a capacitor for storing information by the polarization state of the ferroelectric, and one of a source and a drain. A plurality of memory cells composed of transistors connected to capacitor electrodes on one side of the capacitor are arranged in row and column directions, corresponding to each of the rows of the plurality of memory cells, and transistors of each memory cell in the corresponding row. A plurality of word lines connected to the gates of the plurality of gate lines, plate lines connected to the capacitor electrodes on the other side of the capacitors of the plurality of memory cells, and transistors of the respective memory cells of the corresponding columns, respectively arranged in correspondence with the columns of the plurality of memory cells; Memory cell including a plurality of bit lines connected to the other side of the source and the drain of the A ferroelectric memory device having a voltage supply circuit for supplying a potential to a memory cell array and a plurality of sense amplifiers connected to a bit line, the second supply potential being lower than the first supply potential from a first supply potential supplied from the outside. And a means for supplying a second supply potential and a ground potential to the first and second capacitor electrodes of the capacitor.

본 발명에 있어서, 제 2 공급전위는 접지전위와의 전위차가 강유전체의 내전압 이상이 되도록 한다.In the present invention, the second supply potential is such that the potential difference with the ground potential is equal to or higher than the withstand voltage of the ferroelectric.

본 발명에 있어서, 제 2 공급전위는 제 2 공급전위와 접지전위의 전위차가 커패시터에 대하여 기록 및 판독이 가능한 최소의 전위차이다.In the present invention, the second supply potential is the minimum potential difference at which the potential difference between the second supply potential and the ground potential can be written and read with respect to the capacitor.

또, 본 발명에 있어서, 상기 제 1 공급전위로부터 상기 제 2 공급전위를 발생하는 수단으로서 강압전원회로를 갖는다.In the present invention, a step-down power supply circuit is provided as a means for generating the second supply potential from the first supply potential.

또한 본 발명에 있어서, 상기 커패시터의 제 1 및 제 2 커패시터전극에 상기 제 2 공급전위 및 접지전위를 인가하는 수단으로서 플레이트선 전압공급회로, 워드선 전압공급회로 및 센스 증폭기 구동회로를 가지며, 플레이트선 전압공급회로는 접지전위로부터 제 2 공급전위까지의 전위를 플레이트선에 공급하는 기능을 가지며, 워드선 전압공급회로는 접지전위로부터 제 2 공급전위보다도 상기 메모리 셀 트랜지스터의 문턱전압을 가한 값 이상의 전위를 상기 워드선에 공급하는 기능을 가지며, 센스 증폭기 구동회로는 접지전위로부터 제 2 공급전위까지의 전위를 센스 증폭기에 공급하는 기능을 갖는다.In the present invention, there is provided a plate line voltage supply circuit, a word line voltage supply circuit, and a sense amplifier driving circuit as means for applying the second supply potential and the ground potential to the first and second capacitor electrodes of the capacitor. The line voltage supply circuit has a function of supplying the plate line with a potential from the ground potential to the second supply potential, and the word line voltage supply circuit has a value greater than or equal to the threshold voltage of the memory cell transistor from the ground potential to the second supply potential. It has a function of supplying a potential to the word line, and the sense amplifier driving circuit has a function of supplying a potential from the ground potential to the second supply potential to the sense amplifier.

본 발명에 따른 플레이트선 전압공급회로에 있어서, 회로의 전원전압은 제 2공급전위와 접지전위의 전위차가 된다.In the plate line voltage supply circuit according to the present invention, the power supply voltage of the circuit becomes a potential difference between the second supply potential and the ground potential.

본 발명에 따른 워드선 전압공급회로에 있어서, 회로의 전원전압은 상기 제 1 공급전위와 접지전위의 전위차가 된다.In the word line voltage supply circuit according to the present invention, the power supply voltage of the circuit becomes a potential difference between the first supply potential and the ground potential.

본 발명에 따른 워드선 전압공급회로에 있어서, 회로의 전원전압은 상기 제 2 공급전위와 접지전위의 전위차가 된다.In the word line voltage supply circuit according to the present invention, the power supply voltage of the circuit becomes a potential difference between the second supply potential and the ground potential.

본 발명에 따른 센스 증폭기 구동회로에 있어서, 회로의 전원전압은 상기 제 2 공급전위와 접지전위의 전위차가 된다.In the sense amplifier driving circuit according to the present invention, the power supply voltage of the circuit becomes a potential difference between the second supply potential and the ground potential.

발명의 실시 형태Embodiment of the invention

본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 발명을 완성하기에 이르는 연구 과정에서, 피로에 의한 판독 비트선 전위의 변화는 강유전체 커패시터에 인가하는 전압에 의존하고 있고, 예컨대 도 6 에 나타낸 바와 같이, 인가전압이 작을수록 데이터의 판독/기록이 가능한 반복 횟수는 향상되는 것이 판명되었다.Embodiment of this invention is described. In the research process leading to completion of the present invention, the change in the read bit line potential due to fatigue depends on the voltage applied to the ferroelectric capacitor. For example, as shown in FIG. This possible number of iterations has been found to improve.

일례로서, 1998 Symposium on VLSI Circuits 의 논문집 제 238 면에서 241 면에 개시된 강유전체 메모리 장치의 시작(試作) 칩에 대하여 설명한다. 이 논문에 있어서, 시작 칩은 0.8 ㎛ CMOS 프로세스, 전원전압 5 V 로 설계되어 있으며, 반복동작 가능 횟수가 106회 정도인 것을 나타냈다.As an example, a starting chip of the ferroelectric memory device disclosed in pages 238 to 241 of the 1998 Symposium on VLSI Circuits will be described. In this paper, the starter chip is designed with a 0.8 µm CMOS process and a power supply voltage of 5 V, indicating that the number of repeat operations is about 10 6 times.

그러나, 상기 연구에서, 전원전압을 내림으로써 피로특성이 더욱 향상되는 것을 알았다.However, in the above study, it was found that the fatigue characteristics were further improved by lowering the power supply voltage.

도 7 은 도 6 에서의 판독 비트선 전위를, 센스 증폭기 (SA) 에 접속되는 2개의 비트선에서의 판독 비트선 전위의 차 (신호전압) 로 치환한 것이다.FIG. 7 replaces the read bit line potential in FIG. 6 with the difference (signal voltage) of the read bit line potential in the two bit lines connected to the sense amplifier SA.

도 7 을 참조하면, 인가전압이 작아짐으로써 신호전압은 작아지는데, 센스 증폭기의 최소허용 입력신호전압 이상이면, 바른 판독동작이 가능함과 동시에, 판독동작이 가능한 반복 횟수는 증대한다.Referring to Fig. 7, the signal voltage becomes smaller due to the applied voltage being smaller. When the input voltage is higher than the minimum allowable input signal voltage of the sense amplifier, correct read operation is possible and the number of repetitions in which the read operation is possible is increased.

이상의 것은 임프린트 현상에 있어서도 동일하며, 피로의 경우와 마찬가지로 인가전압을 작게 하면, 반복가능 횟수가 향상되는 것이 연구 중에서 명확해졌다.The above is also true in the imprint phenomenon, and it is clear from the study that the number of repeatable times can be improved by decreasing the applied voltage as in the case of fatigue.

본 발명은 상술한 연구에 기초하여 개발된 것으로서, 강유전체에 인가되는 전압 (VINT) 이 주변회로의 동작전압보다도 작고, 또한 강유전체의 내전압 이상이 되도록 강압회로로 외부전원전압 (VDD) 을 강압함으로써 강유전체 메모리 장치의 반복 판독/기록 횟수를 증대시켜 신뢰성을 향상시키는 것이다.The present invention was developed on the basis of the above-described research. The ferroelectric is provided by stepping down the external power supply voltage VDD in a step-down circuit so that the voltage VINT applied to the ferroelectric is smaller than the operating voltage of the peripheral circuit and is equal to or greater than the withstand voltage of the ferroelectric. It is to improve the reliability by increasing the number of repetitive reads / writes of the memory device.

본 발명은 그 바람직한 실시 형태에 있어서, 강유전체 커패시터의 제 1 및 제 2 커패시터전극에 외부전원전압 (VDD) 을 강압한 제 2 공급전위 (VINT) 및 접지전위를 인가하는 수단 (도 2 의 106) 으로서, 플레이트선 전압공급회로 (PLD), 워드선 전압공급회로 (WLD) 및 센스 증폭기 구동회로 (SAD) 를 구비하고, 플레이트선 전압공급회로 (PLD) 는 접지전위로부터 제 2 공급전위 (VINT) 까지의 전위를 플레이트선에 공급하는 구성이 되고, 워드선 전압공급회로 (WLD) 는 접지전위로부터 제 2 공급전위 (VINT) 보다도 메모리 셀 트랜지스터의 문턱전압을 가한 값 이상의 전위 (Vboot) 를 워드선에 공급하는 구성이 되고, 센스 증폭기 구동회로 (SAD) 는 접지전위로부터 제 2 공급전위 (VINT) 까지의 전위를 센스 증폭기에 공급하는 구성이 된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a means for applying a second supply potential VINT and a ground potential that step-down the external power supply voltage VDD to the first and second capacitor electrodes of the ferroelectric capacitor (106 in FIG. 2). And a plate line voltage supply circuit (PLD), a word line voltage supply circuit (WLD) and a sense amplifier drive circuit (SAD), and the plate line voltage supply circuit (PLD) has a second supply potential (VINT) from a ground potential. The word line voltage supply circuit WLD supplies a potential Vboot greater than the threshold voltage of the memory cell transistor from the ground potential to the second supply potential VINT from the ground potential to the word line. The sense amplifier drive circuit SAD is configured to supply a potential from the ground potential to the second supply potential VINT to the sense amplifier.

실시예Example

상기한 본 발명의 실시 형태에 대하여 더욱 상세하게 설명하기 위해, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 이하에 설명한다. 도 1 은 본 발명의 제 1 실시예를 이루는 비휘발성 반도체 메모리의 기본적인 회로구성을 나타낸 것이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION In order to demonstrate embodiment of this invention mentioned above in detail, the Example of this invention is described below with reference to drawings. 1 shows a basic circuit configuration of a nonvolatile semiconductor memory according to the first embodiment of the present invention.

도 1 을 참조하면, 강압전원회로 (103) 는 외부전원전압 (VDD) 을 강유전체로의 인가전압이 되는 강압전원전압 (VINT) 으로 강압한다. 외부전원전압 (VDD) 은 외부와의 인터페이스를 취하기 위한 전원전압이고, 예컨대 5 V 나 3.3 V 이다. 강압전원전압 (VINT) 은 강유전체 커패시터의 분극이 충분히 반전하고, 또한 반복 횟수가 향상되도록 하는 전압이며, 예컨대 2.5 V 이다.Referring to Fig. 1, the step-down power supply circuit 103 steps down the external power supply voltage VDD to a step-down power supply voltage VINT which becomes an applied voltage to the ferroelectric. The external power supply voltage VDD is a power supply voltage for taking an interface with the outside, for example, 5V or 3.3V. The step-down power supply voltage VINT is a voltage such that the polarization of the ferroelectric capacitor is sufficiently reversed and the number of repetitions is improved, for example, 2.5 V.

강유전체 커패시터의 내전압 (Vc) 은 강압전원전압 (VINT) 이하이다.The withstand voltage Vc of the ferroelectric capacitor is less than the step-down power supply voltage VINT.

강압전원전압 (VINT) 은 강유전체 커패시터로의 인가전압으로서 플레이트선, 비트선으로의 인가전압, 센스 증폭기의 전원에 사용된다. 또, 강압전원전압 (VINT) 은 외부전원전압 (VDD) 변동이나 온도변화에 의존하지 않고 일정한 전위가 공급되므로, 제어회로의 전원으로서도 사용된다. 한편, 메모리내의 그 외의 주변회로의 전원으로서는 외부전원전압 (VDD) 이 그대로 사용되고 있다.The step-down power supply voltage VINT is a voltage applied to the ferroelectric capacitor and is used for the voltage applied to the plate line, the bit line, and the power supply of the sense amplifier. The step-down power supply voltage VINT is also used as a power supply for a control circuit because a constant potential is supplied regardless of the external power supply voltage VDD variation or temperature change. On the other hand, as the power source of other peripheral circuits in the memory, the external power supply voltage VDD is used as it is.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예의 메모리를 구성하는 메모리 셀 어레이와, 센스 증폭기, 및 메모리 셀 어레이에 전압을 공급하는 전압공급회로 (106) 에 대하여 그 일례를 상세하게 나타낸 것이다.Fig. 2 shows an example of the memory cell array constituting the memory of the first embodiment of the present invention, the sense amplifier, and the voltage supply circuit 106 for supplying voltage to the memory cell array in detail.

도 2 를 참조하면, 인접하는 2 개의 비트선 (BL0, BO1) 은 기생 커패시터(CB0, CB1) 를 가지며, 그 일단에는 4 개의 트랜지스터 (PM1, PM2, NM1, NM2) 로 이루어지는 센스 증폭기 (SA) (104) 가 접속되어 있다. 즉 센스 증폭기 (SA) (104) 는 센스 증폭기 활성화 신호 (SAP) 와 접지 (GND) 사이에 직렬로 접속된 P 채널 MOS 트랜지스터 (PM1) 및 N 채널 MOS 트랜지스터 (NM1) 로 이루어지는 제 1 인버터와, P 채널 MOS 트랜지스터 (PM2) 및 N 채널 MOS 트랜지스터 (NM2) 로 이루어지는 제 2 인버터의 입력단과 출력단이 서로 교차 접속되며, 비트선 (BL0, BL1) 에 각각 접속된 래치형 센스 증폭기로 이루어진다.Referring to FIG. 2, two adjacent bit lines BL0 and BO1 have parasitic capacitors CB0 and CB1, and one end of the sense amplifier SA includes four transistors PM1, PM2, NM1, and NM2. 104 is connected. That is, the sense amplifier (SA) 104 includes a first inverter composed of a P-channel MOS transistor PM1 and an N-channel MOS transistor NM1 connected in series between the sense amplifier activation signal SAP and ground GND, An input terminal and an output terminal of a second inverter composed of a P-channel MOS transistor PM2 and an N-channel MOS transistor NM2 are cross-connected with each other, and each includes a latch type sense amplifier connected to the bit lines BL0 and BL1, respectively.

메모리 셀 (MC1) 은 2 개의 강유전체 커패시터 (FC11, FC12) 와, 2 개의 셀 트랜지스터 (TC11, TC12) 로 이루어진다.The memory cell MC1 is composed of two ferroelectric capacitors FC11 and FC12 and two cell transistors TC11 and TC12.

강유전체 커패시터 (FC11, FC12) 의 일단은 플레이트선 (PL1) 에 공통 접속되어 있고, 강유전체 커패시터 (FC11) 의 타단은 셀 트랜지스터 (TC11) 의 소스에 접속되고, 강유전체 커패시터 (FC12) 의 타단은 셀 트랜지스터 (TC12) 의 소스에 접속되어 있다. 셀 트랜지스터 (TC11, TC12) 의 게이트는 워드선 (WL1) 과 공통 접속되며, 셀 트랜지스터 (TC11, TC12) 의 드레인은 각각 비트선 (BL0, BL1) 과 접속되어 있다.One end of the ferroelectric capacitors FC11, FC12 is commonly connected to the plate line PL1, the other end of the ferroelectric capacitor FC11 is connected to the source of the cell transistor TC11, and the other end of the ferroelectric capacitor FC12 is a cell transistor. It is connected to the source of TC12. Gates of the cell transistors TC11 and TC12 are commonly connected to the word line WL1, and drains of the cell transistors TC11 and TC12 are connected to the bit lines BL0 and BL1, respectively.

메모리 셀 (MC1) 이외의 다른 메모리 셀 (MC2) 도 메모리 셀 (MC1) 과 동일한 회로구성이며, 구조 및 소자 사이즈도 동일하다.Memory cells MC2 other than the memory cells MC1 also have the same circuit configuration as the memory cells MC1, and have the same structure and element size.

플레이트선 (PL1) 은 플레이트선 구동회로 (PLD) (108) 의 출력단에 접속되어 있으며, 또 센스 증폭기 활성화 신호 (SAP) 는 센스 증폭기 구동회로 (SAD) (109) 의 출력단에 접속되어 있다. 플레이트선 구동회로 (PLD) (108), 및 센스증폭기 구동회로 (SAD) (109) 의 출력단은 모두 회로의 전원과 접지 (GND) 사이에 직렬로 접속된 P 채널 MOS 트랜지스터와 N 채널 MOS 트랜지스터로 이루어지는 CMOS 인버터로 구성되어 있다.The plate line PL1 is connected to the output terminal of the plate line driver circuit (PLD) 108, and the sense amplifier activation signal SAP is connected to the output terminal of the sense amplifier drive circuit (SAD) 109. The output stages of the plate line driver circuit (PLD) 108 and the sense amplifier driver circuit (SAD) 109 are both P-channel MOS transistors and N-channel MOS transistors connected in series between the circuit power supply and ground (GND). It consists of the CMOS inverter which consists of.

플레이트선 구동회로 (PLD) (108) 와 센스 증폭기 구동회로 (SAD) (109) 의 전원전위는 강압전원전압 (VINT) 이고, 플레이트선 구동회로 (PLD) (108) 의 출력단에 접속된 플레이트선 (PL1), 센스 증폭기 구동회로 (SAD) (109) 의 출력단에 접속된 비트선에 공급되는 전위는 모두 최대에서 강압전원전압 (VINT) 이 된다.The power supply potential of the plate line driving circuit (PLD) 108 and the sense amplifier driving circuit (SAD) 109 is a step-down power supply voltage (VINT), and the plate line connected to the output terminal of the plate line driving circuit (PLD) 108. (PL1) and the potential supplied to the bit line connected to the output terminal of the sense amplifier drive circuit (SAD) 109 all become the step-down power supply voltage VINT at maximum.

또, 워드선 (WL1) 은 워드선 구동회로 (WLD) (107) 의 출력단에 접속되어 있다. 워드선에는 강압전원전압 (VINT) 보다도 셀 트랜지스터의 문턱값 전압 (Vt) 이상 만큼 승압된 전위 (Vboot) 를 공급할 필요가 있으므로, 워드선 구동회로 (WLD) (106) 의 전원전위는 승압전위 (Vboot) 로 한다.The word line WL1 is connected to the output terminal of the word line driver circuit (WLD) 107. Since the word line needs to be supplied with a potential Vboot stepped up by the threshold voltage Vt of the cell transistor more than the step-down power supply voltage VINT, the power supply potential of the word line driving circuit WLD 106 is a boost potential ( Vboot).

그리고, 워드선 구동회로 (WLD) (107) 에 공급되는 전원전압 (Vboot) 은 강압전원전압 (VINT) 을 도시하지 않은 승압회로에 의해 승압해도 되고, 또는 외부전원전위 (VDD) 가 VINT 보다도 문턱값 전압 (Vt) 이상 높은 경우에는 이 외부전원전위 (VDD) 를 그대로 사용해도 된다.The power supply voltage Vboot supplied to the word line driver circuit WLD 107 may be boosted by a booster circuit (not shown) of the step-down power supply voltage VINT, or the external power supply potential VDD is higher than VINT. If the value is higher than the voltage Vt, the external power supply potential VDD may be used as it is.

또, 메모리 셀 어레이의 그 외의 제어신호로서, 프리차지회로 (105) 를 구성하는 MOS 트랜지스터 (PM3, PM4) 의 게이트에 입력되는 프리차지신호 (PBL), 및 칼럼스위치 (Y0, Y1) 의 게이트에 입력되는 칼럼선택신호 (YSW) 에도 High 레벨로서 승압전위 (Vboot) 가 공급된다.As the other control signals of the memory cell array, the precharge signal PBL input to the gates of the MOS transistors PM3 and PM4 constituting the precharge circuit 105 and the gates of the column switches Y0 and Y1. The boost potential Vboot is also supplied as the high level to the column selection signal YSW input to the input signal.

도 3 은 도 2 에 나타낸 회로의 타이밍 동작에 대하여 설명하기 위한 신호파형도이며, 워드선 (WL1), 플레이트선 (PL1), 프리차지신호 (PBL), 센스 증폭기 활성화 신호 (SAP), 비트선 (BL0, BL1), 칼럼선택신호 (YSW) 의 신호파형이 나타나 있다.FIG. 3 is a signal waveform diagram for explaining the timing operation of the circuit shown in FIG. 2, and includes a word line WL1, a plate line PL1, a precharge signal PBL, a sense amplifier activation signal SAP, and a bit line. (BL0, BL1) and signal waveforms of the column selection signal YSW are shown.

비트선 (BL0 및 BL1) 은 프리차지신호 (PBL) 가 승압전위 (Vboot) 의 기간에 있어서, GND (접지) 레벨로 프리차지된다.The bit lines BL0 and BL1 are precharged to the GND (ground) level in the period during which the precharge signal PBL is at the boost potential Vboot.

다음으로 워드선 (WL1) 이 승압전위 (Vboot) 가 되어 워드선 (WL1) 에 접속되어 있는 메모리 셀이 선택된다.Next, the word line WL1 becomes the boost potential Vboot, and the memory cell connected to the word line WL1 is selected.

다음으로, 플레이트선 (PL1) 이 접지레벨로부터 강압전원전위 (VINT) 레벨이 되고, 강유전체 커패시터 (FC1 및 FC12) 에 전압이 인가되며, 0/1 의 데이터에 따른 비트선 판독전위가 비트선 (BL0, BL1) 상에 판독된다.Next, the plate line PL1 becomes the step-down power supply potential VINT level from the ground level, a voltage is applied to the ferroelectric capacitors FC1 and FC12, and the bit line read potential according to the data of 0/1 Is read on BL0, BL1.

본 실시예에서는 강유전체 커패시터가 반전 판독되는 측의 비트선의 전위가 비반전 판독측보다도 높아진다.In this embodiment, the potential of the bit line on the side where the ferroelectric capacitor is read inverted is higher than that of the non-inverted read side.

이 때, 비트선의 기생커패시터 (CB0, CB1) 와, 강유전체 커패시터 (FC11, FC12) 의 사이에서 전하 재배분이 일어나므로, 강유전체 커패시터의 전극 사이에 인가되는 전압 (단자간 전압) 은 강압전원전압 (VINT) 이하이다.At this time, since charge redistribution occurs between the parasitic capacitors CB0 and CB1 of the bit line and the ferroelectric capacitors FC11 and FC12, the voltage (terminal to terminal voltage) applied between the electrodes of the ferroelectric capacitor is the step-down power supply voltage (VINT). )

다음으로, 센스 증폭기 활성화 신호 (SAP) 가 강압전원전압 (VINT) 레벨이 됨으로써 센스 증폭기 (SA) (104) 가 활성화되며, 2 개의 비트선 판독전위의 차 (신호전압) 를 증폭하여 데이터가 검출된다.Next, the sense amplifier activation signal (SAP) becomes the step-down power supply voltage (VINT) level so that the sense amplifier (SA) 104 is activated, and the data is detected by amplifying the difference (signal voltage) of the two bit line read potentials. do.

다음으로, 칼럼선택신호 (YSW) 가 승압전위 (Vboot) 레벨이 되고, 칼럼스위치 (Y0, Y1) 가 도통하여 판독 데이터가 I/O 버스 (IO0, IO1) 로부터 외부에 출력되고, 그 후, 플레이트선 (PL1) 이 접지 (GND) 레벨이 되고, 판독이 행해진 메모리 셀의 강유전체 커패시터에 데이터가 재기록된다.Next, the column select signal YSW becomes the boost potential Vboot level, the column switches Y0 and Y1 are turned on, and the read data is output from the I / O buses IO0 and IO1 to the outside. The plate line PL1 is at the ground GND level, and data is rewritten to the ferroelectric capacitor of the memory cell in which the reading is performed.

마지막으로, 비트선 (BL0, BL1) 을 GND 레벨로 디스차지하고, 워드선을 GND 레벨로 되돌려 비선택 상태로 하여 판독 사이클이 종료한다.Finally, the bit lines BL0 and BL1 are discharged to the GND level, the word lines are returned to the GND level, and the read cycle is terminated.

기록 사이클은 I/O 버스로부터의 기록 데이터가 칼럼선택신호 (YSW) 에 의해 온 상태가 된 칼럼스위치 (Y0, Y1) 를 통과하여 비트선 (BL0, BL1) 에 기록되는 것을 제외하고, 도 2 에 나타낸 각 신호선의 타이밍 파형은 판독의 사이클과 동일하다.The write cycle is performed except that write data from the I / O bus is written to the bit lines BL0 and BL1 through the column switches Y0 and Y1 that are turned on by the column select signal YSW. The timing waveform of each signal line shown in Fig. 2 is identical to the cycle of reading.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 강유전체 커패시터의 전극 사이에 인가되는 전압 (단자간 전압) 은 최대에서 강압전원전압 (VINT) 이 되므로, 강유전체의 반복동작 횟수를 증대시킬 수 있으며, 강유전체 메모리 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present embodiment, since the voltage (terminal to terminal voltage) applied between the electrodes of the ferroelectric capacitor becomes the step-down power supply voltage VINT at the maximum, the number of repetitive operations of the ferroelectric can be increased, Reliability can be improved.

또, 본 실시예에 있어서는 2 트랜지스터 2 커패시터 구성의 메모리 셀을 사용한 강유전체 메모리 장치에 대하여 설명했지만, 본 발명은 1 트랜지스터 1 커패시터형 메모리 셀을 사용한 강유전체 메모리 장치에 적용할 수도 있다.In the present embodiment, a ferroelectric memory device using a memory cell having a two transistor two capacitor configuration has been described. However, the present invention can also be applied to a ferroelectric memory device using a one transistor one capacitor type memory cell.

도 4 는 본 발명의 제 2 실시예의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4 를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서는 강유전체 메모리 장치 (200) 내의 전원전위를 주변회로 (202) 를 포함시켜 모두를 강압전원전압 (VINT) 으로 하고 있는 것이 상기 제 1 실시예와 상이하고, 이 이외에는 상기 제 1 실시예의 구성과 동일하다.4 is a diagram showing the configuration of a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, in the second embodiment of the present invention, the power source potential in the ferroelectric memory device 200 includes the peripheral circuit 202, and all of them are the step-down power supply voltage VINT. The structure is the same as that of the first embodiment except for this.

본 발명의 제 2 실시예에 의하면, 강유전체 커패시터의 반복동작 횟수를 증대시키는 효과에 더하여 트랜지스터 사이즈의 축소에 의해 내부전원전압을 내릴 필요가 생긴 경우에도 외부전원전압의 변경을 요하지 않도록 한다.According to the second embodiment of the present invention, in addition to the effect of increasing the number of repetitive operations of the ferroelectric capacitor, it is not necessary to change the external power supply voltage even when it is necessary to reduce the internal power supply voltage by reducing the transistor size.

또한, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서는 전원전압이 내려감으로써 회로 전체의 소비전력을 내리는 효과를 발생시킨다.In addition, in the second embodiment of the present invention, the power supply voltage is lowered, thereby reducing the power consumption of the entire circuit.

또 본 발명의 제 2 실시예에 있어서도 2 트랜지스터 2 커패시터형 메모리 셀을 사용한 강유전체 메모리 장치 뿐만 아니라, 1 트랜지스터 1 커패시터형 메모리 셀을 사용한 강유전체 메모리 장치에도 적용할 수도 있다.Also in the second embodiment of the present invention, the present invention can be applied not only to ferroelectric memory devices using 2 transistors 2 capacitor type memory cells but also to ferroelectric memory devices using 1 transistor 1 capacitor type memory cells.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 신호전압 감소의 영향을 최소로 억제하고, 반복동작 횟수를 향상시킬 수 있고, 종래의 강유전체 메모리 장치보다도 판독/기록의 신뢰성을 대폭적으로 개선할 수 있다는 효과를 발휘한다.As described above, according to the present invention, the effect of reducing the signal voltage can be minimized, the number of repetitive operations can be improved, and the read / write reliability can be significantly improved compared to a conventional ferroelectric memory device. Exert.

그 이유는 본 발명에서는 강유전체 커패시터에 인가되는 전압이 클수록 피로나 임프린트 등에 의한 강유전체 특성의 열화가 증대한다는 사실을 고려하여, 외부와의 인터페이스로 규정되는 외부전원전압보다도 작은 내부전원전압을 생성하여 메모리 셀의 전위로서 공급하는 구성으로 했기 때문이다.The reason is that in the present invention, considering the fact that the higher the voltage applied to the ferroelectric capacitor, the deterioration of the ferroelectric properties due to fatigue or imprint increases, the internal power voltage generated by the external power voltage smaller than the external power voltage defined by the interface with the external memory is It is because it set as the structure supplied as a potential of a cell.

Claims (13)

제 1 및 제 2 커패시터전극사이에 강유전체막이 형성되고, 상기 강유전체막의 분극상태에 의해 정보를 기억하는 커패시터와, 소스와 드레인 중의 일측이 상기 커패시터의 일측의 커패시터전극과 접속되는 트랜지스터를 구비하는 메모리셀이, 행방향 및 열방향의 복수 어레이형상으로 배치되고,A memory cell having a ferroelectric film formed between the first and second capacitor electrodes, the capacitor storing information by the polarization state of the ferroelectric film, and a transistor having one side of a source and a drain connected to a capacitor electrode of one side of the capacitor. These are arranged in a plurality of array shapes in the row direction and the column direction, 상기 복수의 메모리 셀의 행 각각에 대응하여 배치되고, 대응하는 행의 각 메모리 셀의 트랜지스터의 게이트에 접속되는 복수의 워드선과,A plurality of word lines arranged corresponding to each of the rows of the plurality of memory cells and connected to the gates of the transistors of the respective memory cells of the corresponding rows; 상기 복수의 메모리 셀의 커패시터의 타측의 커패시터전극에 접속되는 복수의 플레이트선과,A plurality of plate lines connected to capacitor electrodes on the other side of the capacitors of the plurality of memory cells; 상기 복수의 메모리 셀의 열 각각에 대응하여 배치되고, 대응하는 열의 각 메모리 셀의 상기 트랜지스터의 소스와 드레인 중의 타측에 접속하는 복수의 비트선을 구비하는 메모리 셀 어레이; 및A memory cell array disposed corresponding to each of the columns of the plurality of memory cells and having a plurality of bit lines connected to the other side of the source and the drain of the transistor of each of the memory cells in the corresponding column; And 상기 비트선에 접속되는 복수의 센스 증폭기를 구비한 강유전체 메모리 장치에 있어서,In a ferroelectric memory device having a plurality of sense amplifiers connected to the bit line, 외부로부터 공급되는 제 1 공급전위로부터 상기 제 1 공급전위보다도 낮은 제 2 공급전위를 발생하는 수단; 및Means for generating a second supply potential lower than the first supply potential from a first supply potential supplied from the outside; And 상기 커패시터의 상기 제 1 및 제 2 커패시터전극에 상기 제 2 공급전위 및 접지전위를 공급하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And means for supplying said second supply potential and ground potential to said first and second capacitor electrodes of said capacitor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 공급전위와 접지전위의 전위차는 강유전체의 내전압 이상인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.The potential difference between the second supply potential and the ground potential is greater than the withstand voltage of the ferroelectric. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 2 공급전위와 접지전위의 전위차는 상기 커패시터에 대하여 기록 및 판독이 가능한 최소의 전위차인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And the potential difference between the second supply potential and the ground potential is a minimum potential difference that can be written to and read from the capacitor. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 1 공급전위로부터 상기 제 2 공급전위를 발생하는 수단은 강압전원회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And means for generating said second supply potential from said first supply potential comprises a step-down power supply circuit. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 커패시터의 제 1 및 제 2 커패시터전극에 상기 제 2 공급전위 및 접지전위를 공급하는 수단은,Means for supplying the second supply potential and ground potential to the first and second capacitor electrodes of the capacitor, 상기 접지전위로부터 상기 제 2 공급전위까지의 전위를 상기 플레이트선에 공급하는 플레이트선 전압공급회로;A plate line voltage supply circuit for supplying the plate line with a potential from the ground potential to the second supply potential; 상기 접지전위로부터 상기 제 2 공급전위를 상기 워드선에 공급하는 워드선 전압공급회로; 및A word line voltage supply circuit for supplying the second supply potential to the word line from the ground potential; And 상기 접지전위로부터 상기 제 2 공급전위까지의 전위를 상기 센스 증폭기에 공급하는 센스 증폭기 구동회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And a sense amplifier driving circuit for supplying a potential from the ground potential to the second supply potential to the sense amplifier. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 플레이트선 전압공급회로에서 회로의 전원전압은 상기 제 2 공급전위와 상기 접지전위의 전위차인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And the power supply voltage of the circuit in the plate line voltage supply circuit is a potential difference between the second supply potential and the ground potential. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 워드선 전압공급회로에서 회로의 전원전압은 상기 제 1 공급전위와 상기 접지전위의 전위차인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And the power supply voltage of the circuit in the word line voltage supply circuit is a potential difference between the first supply potential and the ground potential. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 워드선 전압공급회로에서, 회로의 전원전압은 상기 제 2 공급전위에 상기 메모리 셀 트랜지스터의 문턱값 전압 이상 가한 전위와 상기 접지전위의 전위차인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.In the word line voltage supply circuit, a power supply voltage of the circuit is a potential difference between the potential applied to the second supply potential or more than the threshold voltage of the memory cell transistor and the ground potential. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 센스 증폭기 구동회로에서, 회로의 전원전압은 상기 제 2 공급전위와 상기 접지전위의 전위차인 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.In the sense amplifier driving circuit, the power supply voltage of the circuit is a potential difference between the second supply potential and the ground potential. 외부로부터 공급되는 제 1 전원전압보다도 낮은 전압값으로 이루어지는 제 2 전원전압에 기초하여, 판독 및 기록동작시에 있어서의 메모리 셀의 강유전체 커패시터에 인가되는 단자간 전압의 최대값이 상기 제 2 전원전압이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.Based on the second power supply voltage having a lower voltage value than the first power supply voltage supplied from the outside, the maximum value of the terminal-to-terminal voltage applied to the ferroelectric capacitor of the memory cell during the read and write operations is the second power supply voltage. And a ferroelectric memory device. 외부전원전압을 강압하는 강압전원회로를 포함하며,It includes a step-down power circuit for stepping down the external power supply voltage, 상기 강압전원회로로 강압한 강압전원전압을 메모리 셀 어레이의 각 메모리 셀의 강유전체 커패시터로의 인가전압으로 하여 플레이트선 및 비트선에 인가하고,The step-down power supply voltage stepped down by the step-down power supply circuit is applied to the plate line and the bit line using the voltage applied to the ferroelectric capacitor of each memory cell of the memory cell array, 센스 증폭기의 전원에 공급하고,Power the sense amplifier, 상기 메모리 셀의 셀 트랜지스터의 드레인 또는 소스와 플레이트선 사이에 삽입되는 상기 강유전체 커패시터의 단자간 전압이 최대에서 강압전원전압이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.And a voltage between terminals of the ferroelectric capacitor inserted between the drain or source of the cell transistor of the memory cell and the plate line becomes a step-down power supply voltage at a maximum. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 메모리 어레이 중의 행을 선택하는 워드선을 구동하는 회로의 전원전압으로서 상기 강압전원전압보다도 셀 트랜지스터의 문턱값 전압 이상의 높은 승압전위 또는 상기 외부전원전압을 공급하고,Supplying a boosted potential higher than a threshold voltage of a cell transistor or the external power supply voltage as a power supply voltage of a circuit for driving a word line for selecting a row in the memory array, 비트선을 프리차지하는 회로에 공급하는 제어신호인 프리차지신호 및 상기 메모리 어레이 중의 열을 선택하는 칼럼스위치신호의 High 레벨의 전위로서 상기 승압전위 또는 상기 외부전원전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.A ferroelectric memory, characterized in that the boost potential or the external power supply voltage is supplied as a potential of a high level of a precharge signal that is a control signal for supplying a bit line to a precharge circuit and a column switch signal for selecting a column in the memory array; Device. 제 11 항에 있어서, 장치내의 주변회로의 전원으로서는 상기 외부전원전압이 그대로 공급되거나, 또는 상기 강압전원전압이 공급되는 것을 특징으로 하는 강유전체 메모리 장치.12. The ferroelectric memory device according to claim 11, wherein the external power supply voltage is supplied as it is, or the step-down power supply voltage is supplied as a power source for the peripheral circuit in the device.
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